HackerBox 0051: Lab MCU: 10 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:16

Përshëndetje për HackerBox Hackers në të gjithë botën! HackerBox 0051 paraqet Laboratorin HackerBox MCU. MCU Lab është një platformë zhvillimi për të testuar, zhvilluar dhe prototipuar me mikrokontrollues dhe module mikrokontrollues. Një Arduino Nano, Moduli ESP32 dhe Pilula e Zezë SMT32 përdoren për të eksploruar blloqet e veçorive të Laboratorit MCU. Blloqet e veçorive të Lab MCU përfshijnë çelsin, butona, LED, një ekran OLED, zile, potenciometër, piksel RGB, zhvendosës të nivelit logjik, dalje VGA, hyrje të tastierës PS/2, ndërfaqe serike USB dhe zona të dyfishta të prototipimit pa saldim.

Ky udhëzues përmban informacione për fillimin me HackerBox 0051, të cilat mund të blihen këtu derisa furnizimet të kenë mbaruar. Nëse dëshironi të merrni një HackerBox si kjo e drejtë në kutinë tuaj postare çdo muaj, ju lutemi regjistrohuni në HackerBoxes.com dhe bashkohuni me revolucionin!

HackerBoxes është shërbimi mujor i kutisë së abonimit për hakerët e pajisjeve dhe entuziastët e elektronikës dhe teknologjisë kompjuterike. Bashkohuni me ne për të jetuar HACK LIFE.

Hapi 1: Lista e Përmbajtjes për HackerBox 0051

• MCU Moduli 1: Arduino Nano 5V, 16MHz
• MCU Moduli 2: WEMOS ESP32 Lite
• MCU Moduli 3: STM32F103C8T6 Pilë e Zezë
• Bordi ekskluziv i qarkut të shtypur të laboratorit MCU
• Përshtatës serial USB FT232RL
• OLED 128x64 Ekran I2C 0.96 Inç
• Zhvendosës i Nivelit Logjik 8-Bit dydrejtimësh
• LED WS2812B RGB SMD
• Katër butona prekës të sipërfaqes së malit
• Katër LED të kuq të shpërndarë 5 mm
• Piezo Buzzer
• Lidhës HD15 VGA
• Lidhës i tastierës Mini-DIN PS/2
• Potenciometër 100K Ohm
• 8 Pozicioni DIP Switch
• AMS1117 Rregullator linear 3.3V SOT223
• Dy kondensatorë tantal 22uF 1206 SMD
• Dhjetë Rezistorë 680 Ohm
• Katër këmbë ngjitëse të gomës PCB
• Dy pjata Mini Solderless me 170 pika, pa saldim
• Njëmbëdhjetë bazat e kokës për femra 8 pin
• 40 kokë Breakerway Header
• Pako prej 65 telave të bluzave meshkuj
• Ngjitësja e Bordit të Qarkut të Ngritur të Grushtit
• Hack The Planet Smiley Pirate Sticker
• Keychain ekskluziv HackerBox "Hiq Para Fluturimit"

Disa gjëra të tjera që do të jenë të dobishme:

• Saldimi, saldimi dhe mjetet bazë të saldimit
• Kompjuter për drejtimin e mjeteve softuerike

Më e rëndësishmja, do t'ju duhet një ndjenjë aventure, shpirti haker, durimi dhe kurioziteti. Ndërtimi dhe eksperimentimi me elektronikë, edhe pse shumë shpërblyes, mund të jetë i ndërlikuar, sfidues dhe madje edhe zhgënjyes nganjëherë. Qëllimi është përparimi, jo përsosmëria. Kur këmbëngulni dhe shijoni aventurën, një kënaqësi e madhe mund të rrjedhë nga ky hobi. Merrni çdo hap ngadalë, mbani mend detajet dhe mos kini frikë të kërkoni ndihmë.

Ekziston një sasi e madhe informacioni për anëtarët aktualë dhe të ardhshëm në FAQ të HackerBoxes. Pothuajse të gjitha emailet e mbështetjes jo-teknike që marrim janë përgjigjur tashmë atje, kështu që ne me të vërtetë e vlerësojmë që keni marrë disa minuta për të lexuar FAQ.

Hapi 2: HackerBoxes MCU Lab

MCU Lab është një version kompakt, i lëmuar i një platforme zhvillimi që ne përdorim për të prototipuar dhe testuar modele të ndryshme të bazuara në mikrokontrollues (MCU). Supershtë super i dobishëm për të punuar me module MCU (të tilla si një Arduino Nano, ESP32 DevKit, etj) ose pako individuale të pajisjeve MCU (të tilla si ATMEGA328s, ATtiny85s, PIC, etj). Një MCU e synuar mund të vendoset në njërën nga mini panelet pa saldim. Dy MCU mund të ndërlidhen së bashku duke përdorur të dy bordet e bukës ose një nga hapësirat e bukës mund të përdoret për qarqe të tjera.

"Blloqet e veçorive" të Labit MCU janë ndarë në titujt femra të ngjashëm me ato të gjetur në një Arduino UNO. Kokat e femrave janë të pajtueshme me kunjat e kërcyesve meshkuj.

Hapi 3: Mblidhni Laboratorin HackerBoxes MCU

P CORBMPRSIT E SMD -S ON P BR KRYESIN E BORDIT

Filloni duke montuar Rregullatorin linear AMS1117 (Paketa SOT 233) dhe dy kondensatorët filtër 22uF në pjesën e pasme të PCB. Vini re se njëra anë e secilit ekran të mëndafshit të kondensatorit është drejtkëndëshe dhe ana tjetër është tetëkëndore. Kondensatorët duhet të jenë të orientuar në mënyrë që shiriti i errët në paketë të rreshtohet në anën tetëkëndore të ekranit të mëndafshit.

VAZHDON ME PMPRBRSIT PARA BORDIT

Bashkoni LED WS2812B RGB. Orientoni këndin e shënuar me ngjyrë të bardhë të secilës LED që të korrespondojë me qoshen me skedë siç tregohet në ekranin e mëndafshit të PCB.

Katër butona prekës SMD

Katër LED të Kuq me Katër Rezistorë

Zhvendosës i nivelit me kunj VA më të afërt me shënimin 3V3 dhe kunj VB më të afërt 5V. Moduli Level Shifter mund të montohet menjëherë në PCB duke bashkuar titujt në modul dhe pastaj duke rrëshqitur ndarësit e zi plastikë nga titujt para se të montoni modulin në PCB Lab MCU. Lënia e ndarësve ndezur është gjithashtu mirë.

Dy shirita të kokës mund të prishen për të lidhur modulin FT232. Një seksion më i vogël 4-pin i titullit mund të përdoret gjithashtu për kokën 5V/GND pranë modulit FT232.

Tani për tani, plotësoni kokën femërore VGA më të afërt me lidhësin HD15 VGA dhe Folenë e Tastierës. Sidoqoftë, MOS POPULLONI kokën shtesë ngjitur me atë një ose pesë rezistencat midis atyre dy titujve. Opsionet specifike për ndërfaqen e sinjalit video diskutohen më vonë.

Plotësoni nëntë titujt e tjerë femra.

Hiqeni ngjitësin nga pjesa e pasme e të dy paneleve pa saldim për t'i bashkangjitur ato në PCB Lab MCU.

Vendosni këmbët e gomës ngjitëse në fund të PCB Lab MCU për të mbrojtur tryezën tuaj të punës nga gërvishtjet.

Trajtimi i inputeve të fuqisë

Ka të paktën dy, dhe më shumë gjasa deri në katër, vende ku fuqia mund të hyjë në Laboratorin MCU. Kjo mund të shkaktojë telashe, kështu që gjithmonë merrni parasysh udhëzimet e mëposhtme:

Pikat e kokës të etiketuara 5V janë të lidhura. Hekurudha 5V lidhet gjithashtu me prizën e tastierës, ndërruesin e nivelit dhe LED WS2812B RGB. Fuqia mund të furnizohet me hekurudhën 5V duke e lidhur FT232 në USB, duke lidhur kokën e energjisë me katër kunja me një furnizim të jashtëm, ose duke lidhur një kërcyes nga një nga një pin 5V në PCB në një modul të mundësuar 5V (zakonisht i mundësuar nga USB)

Në mënyrë të ngjashme, kunjat GND janë të gjithë të lidhur. Ata lidhen me USB GND në FT232 (duke supozuar se USB është i lidhur me FT232). Ato gjithashtu mund të lidhen me tokën duke përdorur një bluzë midis njërit prej tyre dhe një modul të fuqizuar siç është diskutuar për rrjetën 5V.

Hekurudha 3V3 drejtohet nga rregullatori në pjesën e pasme të PCB. Onlyshtë vetëm një burim dhe (ndryshe nga hekurudha 5V) nuk duhet të drejtohet nga asnjë modul ose qarqe të tjera pasi nxitet direkt nga rregullatori në hekurudhën 5V.

Hapi 4: Moduli Arduino Nano MCU

Një nga modulet më të zakonshëm MCU këto ditë është Arduino Nano. Tabela e përfshirë Arduino Nano vjen me kunjat e kokës, por ato nuk bashkohen në modul. Lërini kunjat për tani. Kryeni këto teste fillestare në modulin Arduino Nano para se të bashkoheni në kunjat e kokës. Gjithçka që nevojitet është një kabllo microUSB dhe bordi Arduino Nano ashtu siç del nga çanta.

Arduino Nano është një bord Arduino i miniaturizuar, i montuar në sipërfaqe, i aftë për bukë, me USB të integruar. Amazingshtë çuditërisht me tipare të plota dhe e lehtë për tu hakuar.

Karakteristikat:

• Mikrokontrolluesi: Atmel ATmega328P
• Tensioni: 5V
• Kunjat dixhital të daljes/daljes: 14 (6 PWM)
• Kunjat Analog Anput: 8
• Rryma DC për Pin/I/O: 40 mA
• Memoria flash: 32 KB (2KB për ngarkuesin e ngarkimit)
• SRAM: 2 KB
• EEPROM: 1 KB
• Shpejtësia e orës: 16 MHz
• Përmasat: 17mm x 43mm

Ky variant i veçantë i Arduino Nano është Robotdyn Nano i zi. In përfshin një port MicroUSB në bord të lidhur me një çip USB CH340G/urë serike. Informacione të hollësishme mbi CH340 (dhe drejtuesit, nëse është e nevojshme) mund të gjenden këtu.

Kur lidhni për herë të parë Arduino Nano në një port USB të kompjuterit tuaj, drita e gjelbër e energjisë duhet të ndizet dhe menjëherë pasi LED blu të fillojë të pulsojë ngadalë. Kjo ndodh sepse Nano është para-ngarkuar me programin BLINK, i cili po funksionon në Arduino Nano të ri.

SOFTWARE: Nëse nuk e keni ende të instaluar Arduino IDE, mund ta shkarkoni nga Arduino.cc

Lidheni Nano në kabllon MicroUSB dhe skajin tjetër të kabllit në një port USB në kompjuter. Nisni programin Arduino IDE. Zgjidhni "Arduino Nano" në IDE nën mjetet> bordi dhe "ATmega328P (bootloader i vjetër)" nën mjetet> procesori. Zgjidhni portën e përshtatshme USB nën mjetet> porti (ka të ngjarë një emër me "wchusb" në të).

Së fundi, ngarkoni një pjesë të kodit shembull: Skedari-> Shembuj-> Bazat-> Blink

Blink është në fakt kodi që u ngarkua paraprakisht në Nano dhe duhet të funksionojë tani për të ndezur ngadalë LED -in blu. Prandaj, nëse e ngarkojmë këtë kod shembull, asgjë nuk do të ndryshojë. Në vend të kësaj, le të modifikojmë pak kodin.

Duke parë nga afër, mund të shihni që programi ndez LED -në, pret 1000 milisekonda (një sekondë), fik LED -in, pret një sekondë tjetër dhe pastaj i bën të gjitha përsëri - përgjithmonë.

Ndryshoni kodin duke ndryshuar të dy deklaratat e "vonesës (1000)" në "vonesë (100)". Ky modifikim do të bëjë që LED të ndizet dhjetë herë më shpejt, apo jo?

Le ta ngarkojmë kodin e modifikuar në Nano duke klikuar butonin UPLOAD (ikona e shigjetës) pikërisht mbi kodin tuaj të modifikuar. Shikoni më poshtë kodin për informacionin e statusit: "përpilimi" dhe më pas "ngarkimi". Përfundimisht, IDE duhet të tregojë "Ngarkimi përfundoi" dhe LED juaj duhet të ndizet më shpejt.

Nëse po, urime! Ju sapo keni hakuar pjesën tuaj të parë të kodit të integruar.

Pasi të jetë ngarkuar dhe ekzekutuar versioni juaj i mbylljes së shpejtë, pse të mos shihni nëse mund ta ndryshoni përsëri kodin për të bërë që LED të ndizet shpejt dy herë dhe pastaj të prisni disa sekonda para se të përsërisni? Provojeni! Po në lidhje me disa modele të tjera? Sapo të keni sukses në vizualizimin e një rezultati të dëshiruar, kodimin e tij dhe vëzhgimin e tij për të punuar siç ishte planifikuar, keni bërë një hap të madh drejt bërjes së një hakeri kompetent të harduerit.

Tani që keni konfirmuar funksionimin e modulit Nano, vazhdoni dhe bashkoni kunjat e kokës në të. Pasi të lidhen titujt, moduli mund të përdoret lehtësisht në një nga panelet pa saldim të Laboratorit MCU. Ky proces i testimit të një moduli MCU duke shkarkuar një kod të thjeshtë testimi, duke modifikuar dhe shkarkuar përsëri është një praktikë më e mirë sa herë që përdorni një modul MCU të ri ose të llojit të ndryshëm.

Nëse dëshironi informacion shtesë hyrës për të punuar në ekosistemin Arduino, ju sugjerojmë të shikoni Udhëzuesin për Punëtorinë HackerBoxes Starter, e cila përfshin disa shembuj dhe një lidhje me një Tekst PDF PDF Arduino.

Hapi 5: Eksploroni MCU Lab me Arduino Nano

POTENTIOMETRI

Lidhni kunjin qendror të potenciometrit me Nano Pin A0.

Ngarko dhe Drejto: Shembuj> Analog> AnalogInput

Shembulli i paracaktuar për LED -in në bord të Nanos. Kthejeni potenciometrin për të ndryshuar shpejtësinë e ndezjes.

Ndrysho:

Në kod, ndryshoni LedPin = 13 në 4

Jumper nga Nano Pin 4 (dhe GND) në një nga LED -të e kuqe të Lab MCU.

BUZZER

Jumper nga Buzzer në Nano Pin 8. Sigurohuni që bordi GND është i lidhur me GND të Nano të mundësuar pasi toka e ziles është e lidhur fort me rrjetën GND të bordit.

Load and Run: Shembuj> Digital> toneMelody

DISPLAY OLED

Në Arduino IDE, përdorni menaxherin e bibliotekës për të instaluar "ssd1306" nga Alexey Dyna.

Lidhni OLED: GND në GND, VCC në 5V, SCL në A5 të Nanos, SDA në A4 të Nano

Ngarko dhe Drejto: Shembuj> ssd1306> demonstrime> ssd1306_demo

WS2812B RGB LED

Në Arduino IDE, përdorni menaxherin e bibliotekës për të instaluar FastLED

Lidhni kunjin e kokës së WS2812 me kunjin 5 të Nanos.

Ngarkesa: Shembuj> FastLED> ColorPalette

Ndrysho NUM_LEDS në 1 dhe LED_TYPE në WS2812B

Përpiloni dhe ekzekutoni

SHKRUAJ DISA KOD P TOR T EX USHTRUAR BUTONAT DHE ÇELWSIT

Mos harroni të përdorni pinMode (INPUT_PULLUP) për të lexuar një buton pa shtuar një rezistencë.

KOMBINONI DISA NGA KETO SHEMBUL BASHKU

Për shembull, daljet e ciklit në një mënyrë interesante dhe tregojnë gjendjet ose vlerat e hyrjes në OLED ose monitorin serik.

Hapi 6: WEMOS ESP32 Lite

Mikrokontrolluesi ESP32 (MCU) është një sistem me kosto të ulët, me fuqi të ulët në një çip (SOC) me Wi-Fi të integruar dhe Bluetooth me dy mënyra. ESP32 përdor një bërthamë Tensilica Xtensa LX6 dhe përfshin çelësa të antenave të integruara, RF balun, përforcues të energjisë, përforcues të marrjes me zhurmë të ulët, filtra dhe module të menaxhimit të energjisë. (wikipedia)

Moduli WEMOS ESP32 Lite është më kompakt se versioni i mëparshëm, gjë që e bën më të lehtë përdorimin në një pjatë pa saldim.

Bëni testin tuaj fillestar të modulit WEMOS ESP32 para se të bashkoni kunjat e kokës në modul.

Vendosni paketën mbështetëse ESP32 në Arduino IDE.

Nën mjetet> bordi, sigurohuni që të zgjidhni "WeMos LOLIN32"

Ngarko kodin shembull në Skedarët> Shembuj> Bazat> Blink dhe programoje atë në WeMos LOLIN32

Programi shembullor duhet të bëjë që drita LED në modul të ndizet. Eksperimentoni me modifikimin e parametrave të vonesës për ta bërë LED të pulsojë me modele të ndryshme. Ky është gjithmonë një ushtrim i mirë për të ndërtuar besimin në programimin e një moduli të ri të mikrokontrolluesit.

Pasi të jeni të kënaqur me funksionimin e modulit dhe si ta programoni atë, lidhni me kujdes dy rreshtat e kunjave të kokës në vend dhe provoni programet e ngarkimit edhe një herë.

Hapi 7: Prodhimi i videove ESP32

Kjo video demonstron Bibliotekën ESP32 VGA dhe një mësim shumë të bukur, të thjeshtë nga laboratori i bitluni.

Zbatimi i demonstruar 3-bit (8 ngjyra) përdor kërcyes teli të drejtpërdrejtë midis modulit ESP32 dhe lidhësit VGA. Marrja e këtyre lidhjeve në kokën VGA të Lab MCU është mjaft e lehtë pasi nuk përfshihen komponentë shtesë.

Në varësi të asaj që MCU është në përdorim, nivelit të tensionit të saj, rezolutave të pikselave dhe thellësive të ngjyrave të dëshiruara, ka kombinime të ndryshme të rezistencave të brendshme dhe rrjeteve të rezistencës që mund të vendosen midis MCU dhe titullit VGA. Nëse vendosni të përdorni përgjithmonë rezistorë inline, ato mund të ngjiten në PCB Lab MCU. Nëse dëshironi të ruani fleksibilitetin dhe veçanërisht nëse doni të përdorni zgjidhje më komplekse, atëherë rekomandohet që të mos lidhni asnjë rezistencë në vend dhe thjesht të përdorni bordet pa saldim dhe kokën VGA për të lidhur rezistencat e nevojshme.

Për shembull, për të zbatuar modalitetin e ngjyrave 14 bit të bitunit të treguar në fund të videos, moduli ESP32 mund të pozicionohet në njërën nga bordet mini pa saldim dhe bordi tjetër pa saldim mund të përdoret për të lidhur shkallët e rezistencës.

Këtu janë disa shembuj të tjerë:

Në HackerBox 0047 një Arduino Nano drejton një dalje të thjeshtë VGA me 4 rezistorë.

Një Emulator VIC20 zbatohet në ESP32 duke përdorur FabGL dhe 6 rezistorë.

Zbatoni një kompjuter bazë duke përdorur rezistencë ESP32 dhe 3.

Luaj Space Invaders në ESP32 duke përdorur FabGL dhe 6 rezistorë.

Gjeneroni dalje VGA në STM32 me 6 rezistorë.

Shtresa të njëkohshme të tekstit dhe grafikës në STM32 me demonstrim video.

Hapi 8: Moduli MCU i Pilulës së Zezë STM32F103C8T6

Pilula e Zezë është një modul MCU i bazuar në STM32. Shtë një variant i përmirësuar në pilulën e zakonshme blu dhe atë më pak të zakonshme të kuqe.

Pilula e Zezë përmban mikrokontrolluesin STM32F103C8T6 32bit ARM M3 (fletën e të dhënave), një kokë ST-Link me katër kunja, një portë MicroUSB dhe një LED përdorues në PB12. Rezistenca e saktë tërheqëse në PA12 vjen e instaluar për funksionimin e saktë të portës USB. Kjo tërheqje zakonisht kërkonte një modifikim të bordit në bordet e tjera të pilulave.

Ndërsa i ngjashëm në dukje me Arduino Nano, Pilula e Zezë është shumë më e fuqishme. Mikrokontrolluesi 32bit STM32F103C8T6 ARM mund të funksionojë në 72 MHz. Mund të kryejë shumëzimin me një cikël dhe ndarjen e harduerit. Ka 64 Kbajt memorie Flash dhe 20 Kbajt SRAM.

Programimi i STM32 nga Arduino IDE.

Hapi 9: TXS0108E 8-Bit Logic Level Shifter

TXS0108E (fleta e të dhënave) është një ndërrues logjik i nivelit logjik 8-bitësh. Moduli është vendosur për sinjale të zhvendosjes së nivelit midis 3.3V dhe 5V.

Meqenëse kanalet e nivelit të sinjalit janë dydrejtimëshe, hyrjet lundruese mund të bëjnë që daljet përkatëse të nxiten pa qëllim. Një kontroll i aktivizimit të daljes (OE) sigurohet për të mbrojtur në skenarë të tillë. Kujdes duhet të bëhet në varësi të mënyrës së lidhjes së ndërruesit për t'u siguruar që një dalje nga ndërruesi (qoftë "i qëllimshëm" ose për shkak të një hyrjeje lundruese në anën tjetër) nuk lejohet të kalojë asnjëherë një dalje nga një pajisje tjetër.

Kunja OE lihet e shkëputur në gjurmët e PCB. Një kokë me dy kunja sigurohet poshtë modulit për lidhjen e OE dhe 3V3. Shkurtimi i kokës me dy kunja (duke përdorur një copë teli ose një bllok bluzë) lidh OE me 3V3, gjë që i mundëson IC-së të drejtojë daljet e saj. Një rezistencë tërheqëse dhe kontroll logjik gjithashtu mund të lidhen me kunjin OE.

Hapi 10: HackLife

Shpresojmë që po shijoni aventurën e këtij muaji HackerBox në elektronikë dhe teknologji kompjuterike. Ndihmoni dhe ndani suksesin tuaj në komentet më poshtë ose në grupin e Facebook HackerBoxes. Gjithashtu, mbani mend se mund t'i dërgoni email [email protected] në çdo kohë nëse keni ndonjë pyetje ose keni nevojë për ndihmë.

Ç'pritet më tej? Bashkohuni me revolucionin. Jeto HackLife. Merrni një kuti të ftohtë të pajisjeve që mund të hackohen, të dorëzuara menjëherë në kutinë tuaj postare çdo muaj. Shfletoni në HackerBoxes.com dhe regjistrohuni për abonimin tuaj mujor në HackerBox.